OpenGL ES 2.0

变量介绍
• Varying变量（易变变量）是从顶点着色器计算 产生并传递到片元着色器的数据变量。顶点着 色器可以使用易变变量来传递需要插值到片元 的颜色、法向量、纹理坐标等任意值。 • 内建输出变量gl_Position、gl_FrontFacing和 gl_PointSize等。 gl_Position是经过变换矩阵变 换、投影后的顶点的最终位置。 gl_FrontFacing 指的是片元所在面的朝向。 gl_PointSize指的是 点的大小。
顶点着色器中的内建变量
顶点着色器中的内建变量主要是输出变量 • gl_Position
– 顶点着色器从应用程序中获得原始的顶点位置数据， 这些原始的顶点数据在顶点着色器中经过平移、旋 转、缩放等数学变换后，生成新的顶点位置。新的 顶点位置通过在顶点着色器中写入gl_Position传递 到渲染管线的后继阶段继续处理。
变量介绍
• Attribute变量指的是3D物体中每个顶点各自 不同的信息所属的变量，一般顶点的位置、 颜色、法向量等每个顶点各自不同的信息 都是以attribute变量的方式传入顶点着色器 的。 • Uniform变量指的是对于同一组顶点组成的 单个3D物体中所有顶点都相同的量，一般 为场景中当前的光源位置、当前的摄像机 位置、投影系列矩阵等。
• attribute 一般用于每个顶点都各不相同的 量，如顶点的位置、颜色等 • uniform一般用于对一组顶点组成的单个3D 物体中所有顶点都相同的量，如当前的光 源位置 • varying用于从顶点着色器传递到片元着色 器的量 • const用于声明常量
片元着色器中浮点变量精度的指定
特殊的内建变量
片元着色器
• 经过光栅化、顶点着色器与片元着色器的 介绍，可以看出顶点着色器每顶点一执行， 而片元着色器每片元一执行，片元着色器 的执行次数明显大于顶点着色器的执行次 数。因此在开发中，应尽量减少片元着色 器的运算量，将一些复杂运算尽量放在顶 点着色器中执行。
着色语言
• OpenGL ES 着色语言是一种高级的过程语言
• 内建输出变量 • Gl_FragColor • Gl_FragColor(vec4类型)内建变量用来由片元 着色器写入计算完成的片元颜色值，此颜 色值将送入渲染管线的后续几段进行处理 • Gl_FragData • Gl_FragData内建变量本身是一个vec4类型的 数组，写入时要给出下标，如gl_FragData[0]
片元着色器
• 从渲染管线的图中可以看出，可编程片元 着色器替代了纹理、颜色求和、雾以及 Alpha测试等阶段。与顶点着色器类似，被 其替代的功能系统将不再提供，需要完全 由开发人员用着色器语言编程完成。
片元着色器
• Varying0~n指的是从顶点着色器传递到片元 着色器的易变数据变量。由系统在顶点着 色器后的光栅化阶段自动差值产生。其个 数是不一定的，取决于具体的需求。 • g_FragColor 指的是计算后此片元的颜色。 一般在片元着色器的最后都需要对 gl_FragColor进行赋值。
着色语言的内置函数
• • • • • • • • 角度转换与三角函数 指数函数 常用函数 几何函数 矩阵函数 向量关系函数 纹理采样函数 微分函数
投影及各种变换
• 摄像机的设置 • 两种投影方式
– 正交投影 – 透视投影
• 各种变换
– 平移 – 缩放 – 旋转
• 绘制方式
– 点、线、面 – 顶点法与索引发
变量介绍
• 易变变量在顶点着色器赋值后并不是直接 将赋的值送入到后续的片元着色器中，而 是在光栅化阶段由管线根据片元所属图元 各个顶点对应的顶点着色器对此易变变量 的赋值情况及片元与各项点的位置关系差 值产生。
变量介绍
片元着色器
片元着色器
• 片元着色器是用于处理片元值及相关数据 的可编程单元，其可以执行纹理的采样、 颜色的汇总、计算雾颜色等操作，每片元 执行一次。片元着色器主要功能为通过重 复执行（每片元一次），将3D物体中的图 元光栅化后产生的每个片元的颜色等属性 计算出来送入后继阶段，如剪裁测试、深 度测试及模板测试等。
OpenGL ES 2.0
• OpenGL ES 2.0 是可编程渲染管线（并行）
– Vertex shader(顶点渲染) – Pixel shader(像素渲染)
OpenGL ES 2.0 渲染管线
2.0渲染管线
• 顶点着色器替换变换和光照
• 片元着色器替换纹理环境和颜色求和、雾、 Alpha测试
– 向量
• ver2~4,每个分量可以表示颜色或位置等
– 矩阵
• mat2~4通过数组下表索引
数据类型
– 采样器
• sampler2D、smapler3D
– 结构体
数据类型
– 数组
• vec3 position[20];
– 空类型 void
数据类型使用
• 索引
数据类型使用
• 混合选择
限定符
• 着色器代码的开发中会用到很多变量，其中大 部分可能是由开发人员根据需要自定义的，但 着色器中也提供了一些用来满足特定需要的内 建变量。这些内建变量不需要声明即可使用， 一般用来实现渲染管线固定功能部分与自定义 顶点活片元着色器之间的信息交互。 • 内建变量根据信息传递的方向可以分为两类， 输入与输出变量。输入变量负责将渲染管线中 固定功能产生的信息传递进着色器，输出变量 负责将着色器产生的信息传递给渲染管线中固 定功能部分。
buffer object 或者 vertex array 来处理 • vertex 的所有属性(包含自身的位置、颜色、normal、纹理坐标)都变成 以抽象的 vertex attrib 来处理，需要自行定义并在 vertex shader 里计 算
• lighting , material 也都以抽象的形式，以 uniform 变量形式传进 shader
• 对顶点着色器、片元着色器使用的是同样 的语言，不做区分。 • 基于C/C++的语法及流程控制 • 完美支持向量与矩阵的各种操作 • 通过类型限定符来管理输入与输出 • 拥有大量的内置函数来提供丰富的功能

数据类型
• 数据类型概述
– 标量
• 布尔型 bool • 整形 int • 浮点型 float
顶点着色器的妙用
• 飘扬的旗子
片元着色器的妙用
• 卷积
卷积实现的效果
• 模糊 • 浮雕 • 锐化
浮雕
Opengl ES 2.0 变化
• 2.0 中没有 matrix stack，程序开发者必须自行计算投影矩阵以及各物 件的 transform matrix，再传到 shader 里做计算，虽然 GPU 端的程序 有矩阵运算能力，但在 CPU 端就需要自己实现矩阵运算了
• 取消了 glBegin()/glEnd 这种 immediate 模式的函数，vertex 数据必须用
• 卷绕和背面剪裁
光照
• 基本光照模型
– 环境光 – 散色光 – 镜面光 – 自发光
散色光照公式
纹理映射
• • • • • 纹理映射 纹理采样 MIN与MAG采样 MIPMAP采样 多重纹理
混合与雾
• 混合
– 不透物体和半透物体
• 雾
几种剪裁与测试
• • • • • 剪裁测试 深度测试 Alpha测试 模板测试 任意剪裁面测试
– 内建变量gl_FlagCoord(Vec4类型)中含有当前片 元相对于窗口位置的坐标值x、y、z与1/w。X与 y分别为片元相对于窗口的二维坐标。Z为该片 元的深度值。
• gl_FrontFacing
– 布尔型内建变量。判断正在处理的片元是否属 于光栅化阶段生成此片元的对应图元的正面。
片元着色器中的内建变量
并计算
顶点着色器
顶点着色器是一个可编程的处理单元，功能为执行顶点的 变换、光照、材质的应用与计算等顶点的相关操做
输入输出变量
• 顶点着色器：
– 输入主要为待处理顶点相应的attribute（属性） 变量、uniform（全局）变量、采样器以及临时 变量。 – 输出主要为经过顶点着色器后生成的varying （易变）变量及一些内建输出变量
• gl_PointSize
– 顶点着色器中可以计算一个点的大小（单位为像 素），并将其赋值给gl_PointSize(标量float)以传递 给渲染管线。默认值为1。
片元着色器中的内建变量
• 片元找色器中的内建变量为：
– 输入变量 – 输出变量
片元着色器中的内建变量
内建输入变量 • gl_FragCoord